ESP32 mit Servo entstören

[Andreas H. (aholzhammer)]

Hallo,

ich steuere über einen ESP32 einen digitalen Servo und ein ILI9341 
Display an, das Ganze auf einer kleinen Platine aufgebaut.
Jetzt habe ich festgestellt, dass über den Servo Störungen hereinkommen, 
die sich darin äussern, dass der Servo bei Bewegung manchmal zuckt, und 
das Display mit Farbverschiebung reagiert.
Das tritt dann auf, wenn der Servo mit statischer Elektrizität 
konfrontiert ist.

Ich vermute, mangels Oszilloskop, dass die Störungen über das Kabel zum 
Servo eingestreut werden und sowohl das Servo-Signal als auch das 
Massepotential beeinflussen. Spannungsschwankungen kann ich 
ausschliessen, da würde das Display an der Hintergrundbeleuchtung 
reagieren. Gespeist wird die Schaltung über ein stabilisiertes 5V/4A 
Netzteil.

Wo würde ich hier ansetzen, um das abzuschirmen? Kann ich das einfach 
mit Kondensatoren zwischen Servo-Signal und +5V bzw. GND angehen, oder 
ist das eher ein Thema für Ferrite?

In den Schaltungsbeispielen zu Arduino und Servo ist das immer recht 
einfach dargestellt, aber so ganz einfach ist es dann doch nicht.

Schöne Grüße
Andreas

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Andreas H. schrieb:
> einen digitalen Servo
Welchen?

> ein stabilisiertes 5V/4A Netzteil.
Welches? Wie lange sind die Leitungen dort hin? Welchen Querschnitt 
haben die Leitungen? Und wie sind die verdrahtet?

> Das tritt dann auf, wenn der Servo mit statischer Elektrizität
> konfrontiert ist.
Wie meinst du das? Was machst du, dass da irgendwelche "statische 
Elektrizität" reinkommt?

> Wo würde ich hier ansetzen, um das abzuschirmen?
Zeig mal deinen realen Aufbau. Im Besondern ist die Masseführung 
interessant.
Du solltest da erst mal nichts "abschirmen", sondern die Ursache der 
Störungen finden. Und dann dort mit der Lösung ansetzen.

[Andreas H. (aholzhammer)]

Lothar M. schrieb:
> Andreas H. schrieb:
>> einen digitalen Servo
> Welchen?

Das ist ein DS3218MG, typisches Modellbauservo

>> ein stabilisiertes 5V/4A Netzteil.
> Welches? Wie lange sind die Leitungen dort hin? Welchen Querschnitt
> haben die Leitungen? Und wie sind die verdrahtet?

Meanwell 5V, 4A mit 5.5/2.1mm Stecker und vielleicht 1m Kabel.

>> Das tritt dann auf, wenn der Servo mit statischer Elektrizität
>> konfrontiert ist.
> Wie meinst du das? Was machst du, dass da irgendwelche "statische
> Elektrizität" reinkommt?

Der Servo hängt an einem Edelstahl-Behälter. Wenn ich da 
Kunststoff-Granulat aus einem Kunststoff-Eimer reinfüllt, ist das 
Granulat so statisch aufgeladen, dass es an den Fingern klebt. Wenn der 
Servo dann ein PWM-Signal bekommt, kann es Farbverschiebungen am Display 
geben. Daher vermute ich, dass die Störung über Masse kommen muss, weil 
das Display ja weder mit  5V noch mit dem PWM-Signal verbunden ist.
Das Servo-Kabel mit GND/+5V und PWM-Signal läuft dann am Behälter 
entlang zur Steuerungsplatine. Die Stromversorgung zum Netzteil läuft 
nicht am Behälter entlang.

>> Wo würde ich hier ansetzen, um das abzuschirmen?
> Zeig mal deinen realen Aufbau. Im Besondern ist die Masseführung
> interessant.
> Du solltest da erst mal nichts "abschirmen", sondern die Ursache der
> Störungen finden. Und dann dort mit der Lösung ansetzen.

Stimmt, Abschirmen ist der falsche Ausdruck, filtern wäre wohl 
richtiger.
Foto muss ich noch machen.

[Udo S. (urschmitt)]

Andreas H. schrieb:
> Der Servo hängt an einem Edelstahl-Behälter.

Edelstahl Behälter erden.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Andreas H. schrieb:
> Wenn der Servo dann ein PWM-Signal bekommt, kann es Farbverschiebungen
> am Display geben.
Aber ohne Granulat passiert das nie, und zwar "nie" im Sinne von "noch 
nicht ein einziges Mal"?

> Das ist ein DS3218MG, typisches Modellbauservo
Welche Last hängt da dran?

[Andreas H. (aholzhammer)]

Udo S. schrieb:
> Andreas H. schrieb:
>> Der Servo hängt an einem Edelstahl-Behälter.
>
> Edelstahl Behälter erden.

Das hilft, aber nicht vollständig. Ich habe den Behälter testweise auf 
eine Erdungsmatte gestellt, fest verschrauben wäre vermutlich besser.

Ich würde das Thema halt gerne innerhalb der Schaltung abfedern.

[Andreas H. (aholzhammer)]

Lothar M. schrieb:
> Andreas H. schrieb:
>> Wenn der Servo dann ein PWM-Signal bekommt, kann es Farbverschiebungen
>> am Display geben.
> Aber ohne Granulat passiert das nie, und zwar "nie" im Sinne von "noch
> nicht ein einziges Mal"?

Genau. Dann kann ich mich da stundenlang spielen. Wenn ich testweise den 
Edelstahl-Behälter durch einen Kunststoffeimer ersetze genauso.

>> Das ist ein DS3218MG, typisches Modellbauservo
> Welche Last hängt da dran?

Der bewegt den Hahn zur Öffnung, also nur kurzzeitige Bewegungen mit 
vielleicht 500-1000mA. An 22AWG Kabeln mit ca. 50cm, sollte eigentlich 
ausreichend sein.

Wo würde ich da mit dem Oszi ansetzen? Ich habe ein Hantek USB-Oszi da, 
habe aber bisher keine Erfahrung damit sammeln können (um nicht zu 
sagen, dass ich dafür zu doof bin).

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

Zeige Fotos vom Aufbau, ich will die Leitungen und Leiterbahnen der 
Stromversorgung sehen.

[Andreas H. (aholzhammer)]

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Zeige Fotos vom Aufbau, ich will die Leitungen und Leiterbahnen der
> Stromversorgung sehen.

So sieht das aus. Links der Ein-/Ausschalter für die 5V, daneben die 
5.5mm Buchse. Über die beiden Kondensatoren C2 und C8 wird die 
Stromversorgung für den Servo stabilisiert und da hängt auch der 5V-Pin 
des ESP32 Moduls dran.
Dann kommt ein INA219 zur Messung der Stromaufnahme (R5 ist der Shunt), 
und am Stecker "Servo" geht es zum Servo. Der Pin rechts unten ist dort 
GND.

Die Platine ist dann oben und unten als Massefläche gefüllt, alle 1cm 
gibt es eine Durchkontaktierung wo möglich.

Die Leitungen zum Display gehen nach oben und sind mindestens 4cm weg.

[Andreas H. (aholzhammer)]

Wäre da eine Funkentstördrossel vor dem Servo-Anschluss hilfreich? Das 
wäre ja relativ einfach zu integrieren.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Andreas H. schrieb:
> Wo würde ich da mit dem Oszi ansetzen?
Zuerst würde ich mal die Versorgungsspannung kontrollieren.

Und dann würde ich mal "von Masse nach Masse" messen. Also die 
Masseklemme an die Masse direkt am µC und die Tastkopfspitze an die 
Masse direkt am Servo. Da sollte dann ja immer ein flacher Strich bei 0V 
herauskommen. Was sisht du stattdessen?

Andreas H. schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Aber ohne Granulat passiert das nie
> Genau. Dann kann ich mich da stundenlang spielen. Wenn ich testweise den
> Edelstahl-Behälter durch einen Kunststoffeimer ersetze genauso.
Dann komt die Erdung des Edelstahlbehälters wieder ins Spiel. Halte da 
einfach mal über einen 100 Ohm Widerstand die Masse dran.

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

Andreas H. schrieb:
> So sieht das aus.

Der Ausschnitt ist zu klein.

[Andreas H. (aholzhammer)]

Lothar M. schrieb:
> Andreas H. schrieb:
>> Lothar M. schrieb:
>>> Aber ohne Granulat passiert das nie
>> Genau. Dann kann ich mich da stundenlang spielen. Wenn ich testweise den
>> Edelstahl-Behälter durch einen Kunststoffeimer ersetze genauso.
> Dann komt die Erdung des Edelstahlbehälters wieder ins Spiel. Halte da
> einfach mal über einen 100 Ohm Widerstand die Masse dran.

Zum Verständnis, wieso der 100 Ohm Widerstand? Damit die 
unterschiedlichen Potentiale nicht kurzgeschlossen werden?

[Rainer W. (rawi)]

Andreas H. schrieb:
> Zum Verständnis, wieso der 100 Ohm Widerstand?

Um elektrostatische Aufladungen abzuleiten.

> Damit die unterschiedlichen Potentiale nicht kurzgeschlossen werden?

Kunststoffgranulat erzeugt keine Potentiale, sondern nur Aufladungen und 
die werden über so einen Widerstand bestens abgeleitet. Selbst 10k 
würden diesen Job schnell genug erledigen.